非定常拍动翼的水动力分析

论文摘要

仿生推进技术是水下推进技术研究领域的热点之一,企鹅等海生动物的拍动翼推进方式具有噪声低与灵活性好的突出特点,姿态控制方式独特,主要只用一对鳍就实现了推进和机动控制,其推进及机动特征顺应了水下航行器发展要求。本文在势流理论的基础上,采用基于速度势的面元法研究了三维非定常刚性翼在拍动和俯仰耦合运动下的水动力性能。本文以-矩形翼作为研究对象,利用Fortran程序语言实现面元法的计算过程。将矩形翼的水动力计算结果与相关的试验数据进行比较,验证了面元法程序在计算中的正确性和有效性,同时利用计算流体力学FLUENT软件及其动网格技术计算了刚性拍动翼的水动力性能,同样与相关试验数据对比,证明数值模拟计算结果的可靠性之后,将两种计算结果进行比较,进一步验证了面元法的正确合理性。最后分析了各个运动参数包括运动的来流速度、运动幅值、相位差、运动频率、摆动半径和展弦比对拍动翼水动力性能的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 仿生推进机理研究状况
• 1.2.1 BCF推进机理研究
• 1.2.2 MFC推进机理研究
• 1.2.3 生物实验研究
• 1.3 拍动翼法推进技术概述
• 1.3.1 游动方式的分类
• 1.3.2 拍动翼法推进技术的研究现状
• 1.4 拍动翼水下机器人的设计与制造
• 1.5 论文主要内容
• 第2章 理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 面元法
• 2.3 数值计算基本原理
• 2.3.1 数值离散化
• 2.3.2 库塔条件的处理
• 2.3.3 物体表面速度的确定
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于面元法的拍动翼水动力计算
• 3.1 坐标系统及坐标转换
• 3.2 三维非定常拍动翼的计算模型
• 3.3 数值计算过程
• 3.3.1 基本方程的求解
• 3.3.2 水动力系数的计算
• 3.3.3 粘性修正
• 3.3.4 收敛条件
• 3.3.5 效率的计算
• 3.4 本章小结
• 第4章 水动力性能分析
• 4.1 程序的验证
• 4.2 拍动翼水动力性能计算分析
• 4.2.1 来流速度对水动力性能的影响
• 4.2.2 拍动幅度对水动力的影响
• 4.2.3 相位差对水动力性能的影响
• 4.2.4 频率对水动力性能的影响
• 0对水动力的影响'>4.2.5 r₀对水动力的影响
• 4.2.6 翼展弦比对水动力性能的影响
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢